微通道反应器材质介绍

2023-08-31 10:18:39 cmzkwl

 微通道反应器有多种几何结构,简单的是管式结构,还有板式微通道结构以及集成试剂注射、混合、换热、溶剂交换、相分离等多种功能为一体的复合式结构。微反应器设备从材质的角度可分为金属材质和非金属材质微通道反应器常见的材质有玻璃、碳化硅、金属和聚合物,要根据化学反应的温度、压力、腐蚀性、比热容等特性选择合适微通道反应器材料。

评价一款微通道反应器好坏,主要从以下四个方面:

· 传质性能:传质性能受到通道结构的设计、流速范围、停留时间分布、压力降等等因素影响。

· 传热性能:微反应器是一种换热能力超强的技术装备,其换热能力受流速、温差、材质、换热介质等因素影响。

· 放大的设计,实验室研发型微反应器到工业化微反应器应当保持比较好的传质、传热、停留时间一致性。

· 材质和加工,设备的耐腐蚀性、密封性、耐压性、死体积应当与具体的工况相匹配。

配套设备对于要实现工业化用途来讲同样重要。微反应器配套包括进料泵、传感器、阀门、在线监测装置、控制系统及管件阀门等。其中,动部件的寿命、耐腐蚀性、管道的设计等等都需要认真考量。

一、碳化硅材质

碳化硅是比较常见微通道反应器材质,其优点是耐腐蚀性强,缺点是应力性差,容易碎,因此适用于腐蚀性较强、对混合效果要求不高的低压反应;不适用于高压反应,以及对混合效果要求较高的反应。

碳化硅陶瓷具有高强度、高导热、耐磨损以及全面的耐酸碱腐蚀性能,是公认的化工防腐领域“梦想型”换热材料。相比传统的石墨、氟塑料、贵金属、搪玻璃等换热材料,其换热效率和使用寿命等具有明显的竞争优势,特别是在一些复合强酸环境下,其超强的抗腐蚀能力更是具有不可替代性,在精细化工、制药、钢铁、轻工等领域具有广泛的应用前景,对于促进相关领域的装备和工艺提升发挥着越来越重要的作用。

强耐腐蚀性:反应板材质选用无压烧结碳化硅纯度在99.5%以上耐各种化学腐蚀,可用于包含氢氟酸、强碱及高温体系。

高导热率:导热系数高达130W/m·K,极大地改善反应过程中传热条件,加快反应速率。

二、玻璃材质

玻璃材质微通道反应器也比较常见,最典型的案例就是康宁公司生产的微通道反应器,多为玻璃材质。玻璃材质微通道反应器兼具耐腐蚀和可视化性能,这些方面的独特优势使得其可广泛应用于科研教学、常规化学和光化学工艺开发。其优点是耐腐蚀性较强,透光性好,可以直接观察到流道内部情况,缺点同样是应力性差,容易碎,且价格高。所以多用于腐蚀性较强的低压反应,不能用于高压反应,尤其是在光催化反应中的应用比较广泛。

三、特种合金材质

特种合金一般指哈氏合金、蒙乃尔合金等材质,这种材质的微通道反应器也非常多。其优点是耐腐蚀性强,同时承压能力强、韧性好,缺点是原材料贵,加工成本高。适用于高压反应和腐蚀性较强的反应,目前在市场上非常常见,已经广泛在气液反应和液液反应中应用。

四、不锈钢材质

不锈钢材质应用到微通道反应器中的情况也是有的,但不太常见,其优点是承压能力强、韧性好,价格低,缺点是易被腐蚀,因此只能用于完全无腐蚀性的反应,一旦遇到腐蚀性反应物,极有可能导致整个反应器报废。所以在遇到不锈钢材质的微通道反应器时,一定要慎重选择,千万不要被价格低蒙蔽。

 

在选择微通道反应器时我们除了要考虑材质方面因素,同时还要重点注意自己反应类型到底能不能用微通道反应器来做,尤其是有固体反应物或产物的反应,固含量高的反应基本都不适用于微通道反应器。